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뇌는 어떻게 각 부분이 서로 다른 기능을 할까? 또한 과학자들은 어떻게 그것을 알았을까?
이것은 앞서 언급한 독일의
골상학자(phrenologist)이며 신경해부학자이던 갈(Franz Joseph Gall, 1758~1828)이 최초로 생각한 개념이다. 그는
뇌의 어떤 특정한 부분이 발달되면 그 바깥쪽에 있던 두개골의 특정한 부분에 영향을 미쳐 두개골의 발달된 부분을 보고 성격과 재능을 추측할 수
있다고 생각하였다. 또한 그는 인간의 대부분의 추상적 정신활동 - 관대함, 사랑, 증오, 희망- 이 모두 대뇌피질의 특정한 부위에서 일어난다고
생각하였다. 더 나아가, 근육과 마찬가지로 각 정신활동의 중추는 사용함으로서 더 발달되고 크기가 커지게 되고, 이 부위가 두개골로 돌출된다고
하였다. 이러한 개념위에 골상학이 발달되었으며, 두개골과 대뇌피질의 외형으로 사람의 성격을 정리하려고 노력하였다.
비슷한
시기에 Pierre Flourens는 실험동물의 뇌의 특정 부위를 제거함으로써 뇌의 기능을 연구하였다. 이 실험에서 그는, 뇌의 어느 한 부위를
제거하여도 뇌의 고위 기능이 손상되는 것을 발견하고는, 정신 활동은 뇌의 특정 부위에 국한된 것이 아니라, 뇌 전체에 놓여 있다고 주장하였다.
이러한 관점은 19세기 중반까지 유행하였으나 영국의 신경과 의사인 Hughling Jackson의 관찰에 의해 심각하게 도전을 받게 되었다.
잭슨은 부분간질환자에서 경련의 시작이 신체의 한 부분에서부터 시작되는 것을 보고 운동이나 감각 활동들이 대뇌피질의 각각 다른
부위에 위치해 있다고 생각했다. 이러한 개념은 Wernicke나 Cajal에 의해 더 연구되어 뇌는 개개의 신경세포(뉴런)라는 신호단위로
구성되어 있으며, 뉴런들이 일정하게 모여 하나의 기능적 집단을 형성하고, 다른 기능적 집단들과 상호 유기적인 관계를 갖게 된다는 것을 알 게
되었다. 즉, 아주 단순한 정신활동은 대뇌피질의 국한된 지역에 위치하게 되고, 좀 더 복잡한 활동들은 이러한 기능적 집단사이의 연결에 의해서
가능하게 된다는 것이다.
대뇌피질의 각 부분이 각기 다른 기능을 한다는 최초의 증거는 브로카(Pierre Paul
Broca, 1824~1880)의 임상적 관찰에서 시작되었다. 1861년 그는 운동성실어증(motor aphasia) 환자의 뇌를 부검하여 한쪽
뇌의 일부가 심하게 손상된 것을 발견하여 이것이 언어장애의 원인이라고 발표하였다.
1870년 프리취(Gustav
Theodor Fritsch, 1838~1927)와 히트지히(Eduard Hitzig, (1838~1907)는 개의 대뇌피질 일차운동영역을
전기적으로 자극하여 운동반응이 일어나는 것을 확인하였다. 같은 해에 폰 구덴(von Gudden)은 어린 동물에서 눈(eye)을 제거한 후
후두엽(occipital lobe)이 제대로 발육하지 못한다는 것을 발견하였고, 1873년 페리어(David Ferrier,
1843~1928)는 측두엽의 청각피질 부위를 자극했을 때 동물의 귀가 움직이고 소리를 들은 것과 같은 행동을 하는 것을 관찰하였다.
이후 헤드(Henry Head, 1861~1940), 홈즈(Gordon Holmes, 1876~1965)와 같은 임상의들이
전쟁에서 뇌를 부상당한 사람들의 증상을 정밀하게 연구하였고, 쿠싱(Harvey Cushing, 1869~1939), 푀르스터(Otfrid
Foerster, 1873~1941), 펜필드(Wilder Graves Penfield, 1891~1976) 등의 신경외과 의사들은 수술 과정
중에서 사람 뇌의 일부를 전기적으로 자극하여 뇌의 여러 기능적 영역을 확인하였고, 그 속에서의 신체 또는 주파수와의 대응 배열 상태까지도
확인하였다.
최근까지 뇌 기능의 연구는 주로 환자들을 대상으로 한 임상적인 연구에 의존하여 왔다. 따라서 살아있는 사람의
뇌를 직접 관찰한다는 것은 쉽지가 않았다. 그러나, 컴퓨터와 물리학의 발달로 인하여 신경계 영상술이 발달하여, 정상인에서도 여러 가지 뇌 기능을
검사할 수 있게 되었다. 따라서 오늘날의 연구가들은 살아있는 정상인의 뇌를 연구하는데 스캐너를 주로 사용한다. 이 기구는 뇌의 혈류상태를
측정하여 그 측정치를 TV화면의 뇌 사잔에 기록할 수 있다. 실험대상인 사람이 말을 하거나 노래를 부를 때 뇌의 각각의 다른 부분들이 밝아지는
것이 스크린에 나타나기 때문이다.
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